Аэрозоли это в экологии кратко

Обновлено: 02.07.2024

Аэрозоль (от греч. аеr - воздух и нем. Sol - раствор) - система газа со взвешенными в нем твердыми и жидкими частицами. Естественными аэрозолями являются туман, воздух, насыщенный пыльцой растений, пыльный воздух. Очень вредны технические аэрозоли - с радиоактивными веществами, затем кремнеземная, свинцовая, хромовая пыль и др.

АЭРОЗОЛЬ газообразная среда со взвешенными в ней твердвми или жидкими частицами.К аэрозолям относятся дымы, туманы. А. являются опаснейшими элементами химического загрязнения атмосферы. Обычно размеры частиц А. лежат в пределах 0,001-1000 мкм. Наиболее опасными для легких человека являются частицы от 0,5 до 5 мкм, более крупные задерживаются в полости носа, а более мелкие в дыхательных путях не оседают и выдыхаются. Среди А. различают пыли (твердые частицы, взвешенные в газообразной среде), дымы (продукты конденсации газа) и туманы (жидкие частицы в воздухе). В настоящее время в атмосфере взвешено не менее 20 млн т. частиц, из которых примерно 3/4 - выбросы промышленных предприятий. Естественным источником А. служат вулканы, гейзеры, разрушающиеся горные породы, пылевые бури, почвенная эрозия и пожары.

Экологический словарь , 2001

взвешенные в газообразной среде жидкие или твердые частицы. А. являются опаснейшими элементами химического загрязнения атмосферы. Обычно размеры частиц А. лежат в пределах 0,001—1000 мкм. Наиболее опасными для легких человека являются частицы от 0,5 до 5 мкм, более крупные задерживаются в полости носа, а более мелкие в дыхательных путях не оседают и выдыхаются. Среди А. различают пыли (твердые частицы, взвешенные в газообразной среде), дымы (продукты конденсации газа) и туманы (жидкие частицы в воздухе). В настоящее время в атмосфере взвешено не менее 20 млн т частиц, из которых примерно 3/4 — выбросы промышленных предприятий (см. Смог). Естественным источником А. служат вулканы, гейзеры, разрушающиеся горные породы, пылевые бури, почвенная эрозия и пожары.

Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева
Экология: конспект лекций
Под редакцией А.Н. Королева. — Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. — 176с.

8.1. Химическое загрязнение

8.1.1. Аэрозольное загрязнение

Аэрозоли – аэродисперсные (коллоидные) системы, в которых неопределяемо долгое время могут находиться во взвешенном состоянии твердые частицы (пыль) капельки жидкости, образующиеся либо при конденсации паров, либо при взаимодействии газовых сред, либо попадающие в воздушную среду без изменения фазового состава. Воздух или газ являются дисперсной средой, а твердые и жидкие частицы – дисперсной фазой. Значительная часть аэрозолей формируется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром.

В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана. По своему происхождению аэрозоли подразделяются на естественные и искусственные. Первые возникают в природных условиях без участия человека. Они поступают в тропосферу (реже – в стратосферу) при извержении вулканов, сгорании метеоритов, при возникновении пылевых бурь, поднимающих с земных поверхностей частицы почвы и горных пород, а также при лесных и степных пожарах. Во время извержения вулканов, черных бурь или пожаров образуются громадные пылевые облака, которые нередко распространяются на тысячи километров. Штормовые ветры сбрасывают с гребней волн капельки морской воды, насыщенной солями хлоридов и сульфатов, которые осаждаются как на водной поверхности, так и на суше. В Англии, к примеру, ежегодно на 1 м 2 суши прибрежной зоны осаждается 25–35 г солей.

Независимо от происхождения и условий образования аэрозоль, содержащий твердые частицы размером менее 5,0 мкм, называется дымом, а содержащий мельчайшие частицы жидкости – туманом. Разновидностью тумана является смог, представляющий собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц. В состав смеси входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнений, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое.

Время пребывания частиц в атмосфере зависит как от их размеров и плотности, так и от состояния атмосферы (скорости ветра, состава, температуры). Крупные частицы обычно не переносятся в верхние слои атмосферы и оседают в течение нескольких часов вблизи источников их образования с рассеиванием у земной поверхности в подветренную сторону. Поэтому над крупными промышленными центрами образуются мощные скопления пылей и аэрозолей.

Мелкие частицы (размер частицы меньше 1 мкм) имеют время пребывания в нижних слоях атмосферы 10–20 суток, что достаточно для их распространения на большие расстояния от источников образования. При этом за счет перемещений воздушных потоков они могут проникать в верхние слои тропосферы и из них – в стратосферу.

Атмосферная пыль и аэрозоли ослабляют солнечное излучение в результате рассеяния, отражения и поглощения лучистой энергии. При достаточно длительном сохранении интенсивных загрязнений атмосферы это приводит к понижению температур и локальным изменениям климатических условий, что наиболее заметно в крупных городах и промышленных центрах.

Пыль и аэрозоли играют заметную негативную роль в процессах коррозии металлических и силикатных материалов из-за образования на поверхностях отложений. В них содержатся сульфаты и хлориды, удерживающие влагу, в которой могут растворяться кислотные газы (8О₂ и НС1). Образующиеся кислоты, удерживаемые в отложениях, разрушают изделия из камня, стекла, металлов. Пылевые и аэрозольные загрязнения атмосферы оказывают заметное влияние на здоровье человека, состояние флоры и фауны.

Снижение потока солнечного излучения уменьшает образование (воздействием УФ-лучей) витамина В₃, недостаток которого отрицательно сказывается на формировании костных тканей, обусловливая заболевания рахитом. УФ-лучи уничтожают некоторые микроорганизмы, оказывая стерилизующее действие. Недостаток УФ-лучей повышает риск инфекционных бактериальных заболеваний у растений и животных.

Рассматривая вопросы, связанные с аэрозолями антропогенного происхождения, нельзя не упомянуть о смогах.

Влияние антропогенных аэрозолей на состояние окружающей среды изучено не до конца. Они различаются по структуре и свойствам, из-за чего нельзя точно оценить масштаб их вредного воздействия. Их содержание в атмосфере Земли растет с каждым годом.

Аэрозоли и их виды в атмосфере

Аэрозоли – это мельчайшие частицы вещества в твердом или жидком состоянии, распространенные в газообразной (дисперсной) среде. Их размеры – 2-10⁻⁷ мм. Твердые молекулы аэрозолей образуют дым или пыль, а жидкие – туман. Мелкие частицы создаются при разрушении твердых или жидких тел: распылении, дроблении, горении, а после – попадают в атмосферу.

Двухфазные аэрозоли состоят из концентрата (выталкиваемые пары) и пропеллента, а трехфазные – только из концентрата.

Физические и химические свойства аэрозолей

Аэрозоли невязки, пробег их молекул в 4-7 раз превышает собственный размер. Внутри частиц аэрозолей в атмосфере наблюдается броуновское движение – хаотичное движение молекул и частиц, вызываемое повышением окружающей температуры. Атомы заряжены ионами, но из-за разреженности в газовой среде заряд может меняться от положительного к отрицательному. Агрегатное состояние аэрозолей постоянно подвергается изменению из-за броуновского движения внутри.

Источники аэрозольного загрязнения

Извержения вулканов, торнадо, почвенная эрозия вызывают естественное аэрозольное загрязнение. Эти явления составляют 70-80% всех аэрозольных выбросов на планете. Их воздействие нельзя назвать отрицательным, так как большинство выбрасываемых частиц неопасны, не приносят вреда атмосфере.

Антропогенные (искусственные) отходы – это не основной источник аэрозольных загрязнений, но их воздействие на среду серьезнее. Тепловые электростанции, угольные, металлургические, цементные предприятия представляют наибольшую опасность. Выбрасываемые ими частицы – это оксиды магния, марганца, цинка, углерод, кремний. При попадании в стратосферу эти вещества разрушают озоновый слой.

На заводах по производству строительных материалов – цемента, асбеста – при шлифовке, измельчении, химической обработке выделяется пыль и прочие вредные частицы, провоцирующие аэрозольные загрязнения.

Пыль косвенно влияет на климат: она блокирует прохождение солнечных лучей и участвует в формировании облаков, выступая ядрами конденсата.

Источник антропогенного аэрозольного загрязнения – добыча минеральных ресурсов и полезных ископаемых. Во время работы в шахтах и горнодобывающих бассейнах выделяются ядовитые газы и пыль, которая оседает в верхних слоях атмосферы. Причина этого губительного воздействия — применение в промышленной деятельности взрывных устройств, после действия которых выбрасывается до 3 тыс. куб. м углерода и 200 тыс. куб. м пыли. Аэрозольное загрязнение атмосферы создают и отходы от самолетов и других воздушных судов.

Автомагистрали с некачественным покрытием имеют свойство испарять в атмосферу вредные ацетальдегид и акролеин. Токсичные вещества выбрасываются из-за высокой напряженности на дорогах и несоответствия придорожных территорий правилам градостроительства и обустройства.

Список химических элементов, которые приносят вред нижними и верхним слоям атмосферы Земли:

ароматические углеводороды — арены;
соли, образованные на основе кислот (сульфиты, нитриты, карбонаты);
оксиды металлов;
асбест.

Эти вещества появляются в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих и обогатительных заводах.

Негативное воздействие на естественную среду

Антропогенные выбросы аэрозолей существенно изменяют природу и климат на территориях, где большая концентрация промышленных заводов и предприятий. Аэрозольные частицы в воздухе активно формируют облака, из-за чего влажность и количество осадков в одних регионах повышается, а в других снижается. Это приводит к заболачиванию территорий или засухе. Оба последствия отрицательны для развития промышленности.

Учеными из американского университета штата Мериленд было установлено, что в промышленных районах концентрация грозовых и дождевых облаков в 2 раза превышает норму. Здесь портится погода, ухудшаются климат и условия проживания людей. По мнению ученых, нужно ставить под жесткий контроль работу заводов и ограничить выбросы серы, углеводорода и азота в атмосферу.

Отражение загрязнения на здоровье человека

Аэрозольное загрязнение в основном распространено вокруг больших промышленных центров. В этих районах заметно наблюдается изменение климатической ситуации. Зимой в воздухе часто сгущается туман, значительно увеличивается влажность. Эти факторы отрицательно влияют на здоровье людей.

Одна из важных причин ухудшения физического состояния человека – загрязнение воздуха.

Ядовитые частицы, содержащиеся в атмосфере, с кислородом попадают в организм и блокируют работу легких. Из-за этого формируются патологии, передающиеся по наследству, вследствие чего ухудшается здоровье нации.

Особенно пагубно влияет загрязненная аэрозолями атмосфера на состояние беременных женщин, так как уже на ранних стадиях онтогенеза у младенца появляются токсические отравления. В перинатальном периоде плацента подвержена воздействию внешних факторов: в нее могут попасть до 600 видов вредных химических веществ, если они оказываются в организме матери. Они нарушают здоровье будущего ребенка, химизируют внутреннюю среду эмбриона. Аэрозольное загрязнение атмосферы способно вызвать преждевременные роды, развить у ребенка гипотрофию, значительно снизить или увеличить вес младенца. Эти признаки были выявлены экспериментально у детенышей животных.

Пагубное воздействие на здоровье детей до 1 года оказывает концентрация диоксида азота. Это вещество нарушает работу органов дыхания (легких, бронхов, трахеи), вызывает сердечно-сосудистые заболевания.

Загрязнение атмосферы частицами аэрозолей вызывает болезни у взрослых и детей:

Психические расстройства — инсомния, гиперсомния, болезнь Альцгеймера, личностные расстройства.
Нарушения в пищеварительной системе — дизентерия, сальмонеллез, холера.
Кожные заболевания — дерматиты, раны, шелушение, сухость кожи.
Патология в функционировании миндалин и аденоидов.
Близорукость, дальнозоркость.
Аэрогенное загрязнение вызывает аллергическую реакцию у 40 % населения. Она проявляется в повышении температуры тела, забитости носовых пазух, покраснении кожи, слезоточивости.

Канцерогены металлов — никеля, хрома, кадмия — способны вызвать рак легких, спровоцировать образование злокачественных опухолей на коже, развитие патологий кровеносной и лимфатической системы.

Антропогенные факторы оказывают заметное влияние на состояние нижних и верхних слоев атмосферы. Увеличивается концентрация сульфатов и нитратов, которые приводят к ухудшению здоровья целых наций, развитию патологий и экологическим катастрофам. Распространение аэрозолей, производимых людьми, должно быть сокращено в значительной степени, чтобы предупредить будущие проблемы человечества.

Источники аэрозольного загрязнения

Пыль косвенно влияет на климат: она блокирует прохождение солнечных лучей и участвует в формировании облаков, выступая ядрами конденсата.

Список химических элементов, которые приносят вред нижними и верхним слоям атмосферы Земли:

ароматические углеводороды — арены;
соли, образованные на основе кислот (сульфиты, нитриты, карбонаты);
оксиды металлов;
асбест.

Эти вещества появляются в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих и обогатительных заводах.

Аэрозольное загрязнение атмосферы

Из естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно поступают сотни миллионов тонн аэрозолей. Аэрозоли — это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Аэрозоли разделяются на первичные (выбрасываются из источников загрязнения), вторичные (образуются в атмосфере), летучие (переносятся на далекие расстояния) и нелетучие (отлагаются на поверхности вблизи зон пылегазовых выбросов). Устойчивые и тонкодисперсные летучие аэрозоли — (кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию накапливаться в низинах, заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени на водоразделах.

К естественным источникам относят пыльные бури, вулканические извержения и лесные пожары. Газообразные выбросы (например, SO2) приводят к образованию в атмосфере аэрозолей. Несмотря на то, что время пребывания в тропосфере аэрозолей исчисляется несколькими сутками, они могут вызвать снижение средней температуры воздуха у земной поверхности на 0,1 – 0,3С0 . Не меньшую опасность для атмосферы и биосферы представляют аэрозоли антропогенного происхождения, образующиеся при сжигании топлива либо содержащиеся в промышленных выбросах.

Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические. цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже — оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Они содержатся в выбросах предприятий теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, стройматериалов, а также автомобильного транспорта. Пыль, осаждающаяся в индустриальных районах, содержит до 20%оксида железа, 15%силикатов и 5%сажи, а также примеси различных металлов (свинец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и т.д.).

Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы — искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств — измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

Концентрация аэрозолей меняется в весьма широких пределах: от 10 мг/м3 в чистой атмосфере до 2.10 мг/м3в индустриальных районах. Концентрация аэрозолей в индустриальных районах и крупных городах с интенсивным автомобильным движением в сотни раз выше, чем в сельской местности. Среди аэрозолей антропогенного происхождения особую опасность для биосферы представляет свинец, концентрация которого изменяется от 0,000001 мг/м3 для незаселенных районов до 0,0001 мг/м3 для селитебных территорий. В городах концентрация свинца значительно выше – от 0,001 до 0,03 мг/м3 .

Аэрозоли загрязняют не только атмосферу, но и стратосферу, оказывая влияние на ее спектральные характеристики и вызывая опасность повреждения озонового слоя. Непосредственно в стратосферу аэрозоли поступают с выбросами сверхзвуковых самолетов, однако имеются аэрозоли и газы, диффундирующие в стратосфере.

Основной аэрозоль атмосферы – сернистый ангидрид (SO2 ), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом (4 – 5 суток). По современным оценкам, на больших высотах выхлопные газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO2 на 20%.Хотя эта цифра невелика, повышение интенсивности полетов уже в ХХ веке может сказаться на альбедо земной поверхности в сторону его увеличения. Ежегодное поступление сернистого газа в атмосферу только вследствие промышленных выбросов оценивается почти в 150 млн. т. В отличие от углекислого газа сернистый ангидрид является весьма нестойким химическим соединением. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в серный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с капельками воды, образует так называемые кислотные дожди.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды — насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия — расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота — в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количестве озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником, так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги — нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Негативное воздействие на естественную среду

Последствия аэрозольного загрязнения

Аэрозоли наносят серьёзный вред здоровью людей, являясь причиной множества заболеваний. Большинство из них связано с органами дыхания, но также вред наносится и кровеносной системе. Многие люди не могут перенести таких заболеваний и умирают, но остальных это мало заботит и они продолжают всё также кататься на машинах, сжигая нефтепродукты и загрязняя воздух.

Влияние аэрозоли оказывают не только на людей, но также и на природу. Особенно большой ущерб наносится растениям. Замечали когда-нибудь разницу между здоровыми растениями лесов и чахлыми кустиками и деревьями городов? Заметить различия не так уж и просто, ведь для этого нужно присмотреться к листьям растения. Аэрозоли оседают именно на них, нарушая таким образом отлаженную работу растения. Самым страшным является то, что нарушается процесс фотосинтеза (растения могут перерабатывать углекислый газ в органические вещества). Ну и в итоге углекислого газа в атмосфере становится всё больше, и дышать, соответственно, сложнее.

Процесс этот медленный и мы вряд ли сможем в полной мере ощутить последствия такого воздействия на природу. Расплачиваться будут наши потомки.

Источники аэрозольного загрязнения

Пыль косвенно влияет на климат: она блокирует прохождение солнечных лучей и участвует в формировании облаков, выступая ядрами конденсата.

Список химических элементов, которые приносят вред нижними и верхним слоям атмосферы Земли:

ароматические углеводороды — арены;
соли, образованные на основе кислот (сульфиты, нитриты, карбонаты);
оксиды металлов;
асбест.

Эти вещества появляются в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих и обогатительных заводах.

Аэрозольное загрязнение атмосферы

Негативное воздействие на естественную среду

Основные источники загрязнения

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются тепловые электростанции, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаше всего в них обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода (несгоревший уголь, сажа, смола); реже — оксиды железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, а также соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.

Читайте также: